CN105186920A - 一种能量转换装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能量转换装置，连接在电池组和电网之间，包含：直流侧CL滤波器，其与所述的电池组连接；双向AC/DC变流器，其与所述的直流侧CL滤波器连接；交流侧LCL滤波器，其分别与所述的双向AC/DC变流器以及电网连接。本发明还公开了一种能量转换装置的控制方法。本发明可实现电网侧交流电转换为直流电对电池充电，以及实现电池能量由直流电转换为交流电回馈到交流电网；采用交流侧LCL滤波器对高频开关纹波电流进行滤除，提高并网电流性能，满足相关并网标准要求；采用直流侧CL滤波器滤除直流电流纹波，以提高电池使用寿命，并且在电网电压扰动时降低直流侧电流冲击对电池造成的不良影响。

Description

一种能量转换装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种能量转换装置及其控制方法，具体是指一种采用一级变换拓扑的能量转换装置及其控制方法，属于双向变流高效率电路的技术领域。

背景技术

现有技术中，设置在电网和电池间的能量转换装置，在变流器工作时会产生高频开关纹波，其会极大的影响电网电流的性能。另外，在并网工作时，交流侧瞬时功率脉动会使直流侧产生较大的纹波电流，同时双向AC/DC变流器工作时产生的高频开关纹波会注入直流侧，从而导致电池寿命的降低，并且在电网电压扰动时，直流侧电流的冲击会对电池造成非常不良的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种能量转换装置及其控制方法，在电网和电池间实现能量转换，并且可滤除高频开关纹波电流，提高并网电流性能，以及可滤除直流电流纹波，提高电池使用寿命，并且在电网电压扰动时降低直流侧电流冲击对电池造成的不良影响。

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种能量转换装置，连接在电池组和电网之间，包含：直流侧CL滤波器，其与所述的电池组连接；双向AC/DC变流器，其与所述的直流侧CL滤波器连接；交流侧LCL滤波器，其分别与所述的双向AC/DC变流器以及电网连接。

所述的直流侧CL滤波器并联连接在所述的电池组的两端，包含：依次串联连接的直流滤波电阻，直流滤波电感和直流滤波电容；其中，所述的直流滤波电容的两端分别连接直流母线的正极端P和负极端N。

所述的双向AC/DC变流器为对称三相全控桥电路，包含：分别并联连接在直流滤波电容两端的三对IGBT，每对IGBT串联连接。

所述的交流侧LCL滤波器为对称三相滤波电路结构，每相滤波电路包含：变流器侧电感，其一端连接在其中一对IGBT的中间；电网侧电感，其一端与所述的变流器侧电感连接，另一端与电网三相交流电压的其中一相连接；被动电阻，其一端连接在变流器侧电感与电网侧电感的中间；交流滤波电容，其一端与所述的被动电阻的另一端连接，其另一端与其他两相滤波电路中的交流滤波电容连接，形成交流滤波电容中点。

本发明还提供一种能量转换装置的控制方法，具体包含以下步骤：

S1、计算通过变流器侧电感L₁的电流i₁，以及计算通过电网侧电感L₂的电流i₂；

S2、计算交流滤波电容C两端的电压u_c，以及计算直流滤波电容C_dc两端的电压u_dc；

S3、计算得到并网变流器交流侧的状态方程；

S4、采用两相同步旋转dq坐标系进行描述，简化并网变流器交流侧的状态方程，得到并网变流器交流侧在dq坐标系下的状态方程；

S5、进行拉普拉斯变换，得到能量转换装置在dq坐标系下的连续域数学模型，并通过控制器对dq轴解耦，实现对能量转换装置的控制。

所述的S1中，具体包含以下步骤：

S11、定义变量：S_a、S_b、S_c为三相桥臂开关函数，值为1代表每对IGBT中上管开通、下管关断，值为0代表每对IGBT中上管关断、下管开通；

R_dc为直流滤波电阻，L_dc为直流滤波电感，C_dc为直流滤波电容C_dc；L₁为变流器侧电感，L₂为电网侧电感，R_d为被动电阻，C为交流滤波电容；

u_a、u_b、u_c为三相桥臂输出电压；i_1a、i_1b、i_1c为逆变桥侧滤波电感电流；u_ca、u_cb、u_cc为交流滤波电容电压；i_ca、i_cb、i_cc为交流滤波电容电流；u_sa、u_sb、u_sc为电网O_s的三相电压；i_2a、i_2b、i_2c为电网侧滤波电感电流；u_dc为直流母线电压；i_dc为直流母线电流；i_bat为直流电池侧电流；O_s为电网中点，O_c为交流滤波电容中点；

S12、计算通过变流器侧电感L₁的电流i₁，具体为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_{1a}}{dt}=\frac{1}{L_1}{S}_a{u}_{dc}+\frac{1}{L_1}\[u_{ca}+R_d(i_{1a}-i_{2a})\]-\frac{1}{L_1}{U}_{OcN}\\ \frac{{\mathrm{di}}_{1b}}{dt}=\frac{1}{L_1}{S}_b{u}_{dc}-\frac{1}{L_1}\[u_{cb}+R_d(i_{1b}-i_{2b})\]-\frac{1}{L_1}{U}_{OcN}\\ \frac{{\mathrm{di}}_{1c}}{dt}=\frac{1}{L_1}{S}_c{u}_{dc}-\frac{1}{L_1}\[u_{cc}+R_d(i_{1c}-i_{2c})\]-\frac{1}{L_1}{U}_{OcN}\end{array}\right.;$

上式中，u_OcN为交流滤波电容中点O_c与直流母线的负极端N之间的电位差；

由于三相三线制满足i_1a+i_1b+i_1c＝0，i_2a+i_2b+i_2c＝0，因此将上面三个方程相加得：

$-\frac{1}{L_1}{u}_{OcN}=-\frac{u_{dc}}{3L_1}(S_a+S_b+S_c)-\frac{1}{L_1}(u_{ca}+u_{cb}+u_{cc});$

对于三相对称系统，上式简化为：

$-\frac{1}{L_1}{u}_{OcN}=-\frac{u_{dc}}{3L_1}(S_a+S_b+S_c);$

由此可得：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{1a}\\ i_{1b}\\ i_{1c}\end{array}\right]=\frac{u_{dc}}{L_1}\left[\begin{array}{ccc}\frac{2}{3}& -\frac{1}{3}& -\frac{1}{3}\\ -\frac{1}{3}& \frac{2}{3}& -\frac{1}{3}\\ -\frac{1}{3}& -\frac{1}{3}& \frac{2}{3}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{S}_a\\ S_b\\ S_c\end{array}\right]-\frac{1}{L_1}\left[\begin{array}{c}{u}_{ca}+R_d(i_{1a}-i_{2a})\\ u_{cb}+R_d(i_{1b}-i_{2b})\\ u_{cc}+R_d(i_{1c}-i_{2c})\end{array}\right];$

令：

$\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]=u_{dc}\left[\begin{array}{ccc}\frac{2}{3}& -\frac{1}{3}& -\frac{1}{3}\\ -\frac{1}{3}& \frac{2}{3}& -\frac{1}{3}\\ -\frac{1}{3}& -\frac{1}{3}& \frac{2}{3}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{S}_a\\ S_b\\ S_c\end{array}\right];$

则：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{1a}\\ i_{1b}\\ i_{1c}\end{array}\right]=\frac{1}{L_1}\left[\begin{array}{c}{u}_a-u_{ca}-R_d(i_{1a}-i_{2a})\\ u_b-u_{cb}-R_d(i_{1b}-i_{2b})\\ u_c-u_{cc}-R_d(i_{1c}-i_{2c})\end{array}\right];$

S13、计算通过电网侧电感L₂的电流i₂，具体为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_{2a}}{dt}=\frac{1}{L_2}\[u_{ca}+R_d(i_{1a}-i_{2a})\]-\frac{1}{L_2}{u}_{sa}-\frac{1}{L_2}{u}_{OsOc}\\ \frac{{\mathrm{di}}_{2b}}{dt}=\frac{1}{L_2}\[u_{cb}+R_d(i_{1b}-i_{2b})\]-\frac{1}{L_2}{u}_{sb}-\frac{1}{L_2}{u}_{OsOc}\\ \frac{{\mathrm{di}}_{2c}}{dt}=\frac{1}{L_2}\[u_{cc}+R_d(i_{1c}-i_{2c})\]-\frac{1}{L_2}{u}_{sc}-\frac{1}{L_2}{u}_{OsOc}\end{array}\right.;$

对于三相对称系统，u_OsOc＝0，上式简化为：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{2a}\\ i_{2b}\\ i_{2c}\end{array}\right]=\frac{1}{L_2}\left[\begin{array}{c}{u}_{ca}+R_d(i_{1a}-i_{2a})-u_{sa}\\ u_{cb}+R_d(i_{1b}-i_{2b})-u_{sb}\\ u_{cc}+R_d(i_{1c}-i_{2c})-u_{sc}\end{array}\right].$

所述的S2中，具体包含以下步骤：

S21、计算交流滤波电容C两端的电压u_c，具体为：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{u}_{ca}\\ u_{cb}\\ u_{cc}\end{array}\right]=\frac{1}{C}\left[\begin{array}{c}{i}_{1a}-i_{2a}\\ i_{1b}-i_{2b}\\ i_{1c}-i_{2c}\end{array}\right];$

S22、计算直流滤波电容C_dc两端的电压u_dc，具体为：

$\frac{{\mathrm{du}}_{dc}}{dt}=\frac{1}{C_{dc}}{i}_{bat}-\frac{1}{C_{dc}}(S_a{i}_{1a}+S_b{i}_{1b}+S_c{i}_{1c}).$

所述的S3中，并网变流器交流侧的状态方程为：

${\stackrel{\·}{x}}_{abc}=A_{abc}{x}_{abc}+B_{abc}{u}_{abc};$

其中，

$A_{abc}=\left[\begin{array}{ccccccccc}-\frac{R_d}{L_1}& 0& 0& -\frac{1}{L_1}& 0& 0& \frac{R_d}{L_1}& 0& 0\\ 0& -\frac{R_d}{L_1}& 0& 0& -\frac{1}{L_1}& 0& 0& \frac{R_d}{L_1}& 0\\ 0& 0& -\frac{R_d}{L_1}& 0& 0& -\frac{1}{L_1}& 0& 0& \frac{R_d}{L_1}\\ \frac{1}{C}& 0& 0& 0& 0& 0& -\frac{1}{C}& 0& 0\\ 0& \frac{1}{C}& 0& 0& 0& 0& 0& -\frac{1}{C}& 0\\ 0& 0& \frac{1}{C}& 0& 0& 0& 0& 0& -\frac{1}{C}\\ \frac{R_d}{L_2}& 0& 0& \frac{1}{L_2}& 0& 0& -\frac{R_d}{L_2}& 0& 0\\ 0& \frac{R_d}{L_2}& 0& 0& \frac{1}{L_2}& 0& 0& -\frac{R_d}{L_2}& 0\\ 0& 0& \frac{R_d}{L_2}& 0& 0& \frac{1}{L_2}& 0& 0& -\frac{R_d}{L_2}\end{array}\right];$

$x_{abc}=\left[\begin{array}{c}{i}_{1a}\\ i_{1b}\\ i_{1c}\\ u_{ca}\\ u_{cb}\\ u_{cc}\\ i_{2a}\\ i_{2b}\\ i_{2c}\end{array}\right];$

$B_{abc}=\left[\begin{array}{cccccc}1/L_1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1/L_1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1/L_1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& -1/L_2& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& -1/L_2& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& -1/L_2\end{array}\right];$

$u_{abc}=\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\\ u_{sa}\\ u_{sb}\\ u_{sc}\end{array}\right].$

所述的S4中，具体包含以下步骤：

将d轴定向于三相电网电压合成矢量，则从ABC坐标系到dq坐标系的变换矩阵为：

$T_{abc\→dq}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}sin\mathrm{\ω}t& sin(\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& sin(\mathrm{\ω}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ \cos \mathrm{\ω}t& \cos (\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ω}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right];$

从dq坐标系到ABC坐标系的变换矩阵为：

$T_{dq\→abc}=\left[\begin{array}{cc}sin\mathrm{\ω}t& \cos \mathrm{\ω}t\\ sin(\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ sin(\mathrm{\ω}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ω}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right];$

进行旋转变换，得：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\end{array}\right]=\frac{1}{L_1}\left[\begin{array}{c}{u}_{dc}{S}_d-u_{cd}-R_d(i_{1d}-i_{2d})\\ u_{dc}{S}_q-u_{cq}-R_d(i_{1q}-i_{2q})\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}0& \mathrm{\ω}\\ -\mathrm{\ω}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\end{array}\right];$

令u_d＝u_dcS_d，u_q＝u_dcS_q，上式简化为：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\end{array}\right]=\frac{1}{L_1}\left[\begin{array}{c}{u}_d-u_{cd}-R_d(i_{1d}-i_{2d})\\ u_d-u_{cq}-R_d(i_{1q}-i_{2q})\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}0& \mathrm{\ω}\\ -\mathrm{\ω}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\end{array}\right];$

进行旋转变换，得：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{2d}\\ i_{2q}\end{array}\right]=\frac{1}{L_2}\left[\begin{array}{c}{u}_{cd}+R_d(i_{1d}-i_{2d})-u_{sd}\\ u_{cq}+R_d(i_{1q}-i_{2q})-u_{sq}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}0& \mathrm{\ω}\\ -\mathrm{\ω}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{2d}\\ i_{2q}\end{array}\right];$

进行旋转变换，得：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{u}_{cd}\\ u_{cq}\end{array}\right]=\frac{1}{C}\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}-i_{2d}\\ i_{1q}-i_{2q}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}0& \mathrm{\ω}\\ -\mathrm{\ω}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{cd}\\ u_{cq}\end{array}\right];$

进行旋转变换，得：

$\frac{{\mathrm{du}}_{dc}}{dt}=\frac{1}{C_{dc}}{i}_{bat}-\frac{3}{2C_{dc}}(S_d{i}_{1d}+S_q{i}_{1q});$

得到并网变流器交流侧在dq坐标系下的状态方程为：

${\stackrel{\·}{x}}_{dq}=A_{dq}{x}_{dq}+B_{dq}{u}_{dq};$

其中，

$A_{dq}=\left[\begin{array}{cccccc}-R_d/L_1& \mathrm{\ω}& -1/L_1& 0& R_d/L_1& 0\\ -\mathrm{\ω}& -R_d/L_1& 0& -1/L_1& 0& R_d/L_1\\ 1/C& 0& 0& \mathrm{\ω}& -1/C& 0\\ 0& 1/C& -\mathrm{\ω}& 0& 0& -1/C\\ R_d/L_2& 0& 1/L_2& 0& -R_d/L_2& \mathrm{\ω}\\ 0& R_d/L_2& 0& 1/L_2& -\mathrm{\ω}& -R_d/L_2\end{array}\right];$

$x_{dq}=\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\\ u_{cd}\\ u_{cq}\\ i_{2d}\\ i_{2q}\end{array}\right];$

$B_{dq}=\left[\begin{array}{cccc}1/L_1& 0& 0& 0\\ 0& 1/L_1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& -1/L_2& 0\\ 0& 0& 0& -1/L_2\end{array}\right];$

$u_{dq}=\left[\begin{array}{c}{u}_d\\ u_q\\ u_{sd}\\ u_{sq}\end{array}\right].$

所述的S5中，通过PI控制、重复控制、PR控制、恒频滞环控制等一种或多种相结合的控制方法，对能量转换装置进行控制。

本发明所提供的能量转换装置及其控制方法，可实现电网侧交流电转换为直流电对电池充电，以及实现电池能量由直流电转换为交流电回馈到交流电网；采用交流侧LCL滤波器对高频开关纹波电流进行滤除，以提高并网电流性能，满足相关并网标准要求；采用直流侧CL滤波器滤除直流电流纹波，以提高电池使用寿命，并且在电网电压扰动时降低直流侧电流冲击对电池造成的不良影响。

附图说明

图1为本发明中的能量转换装置的结构示意图；

图2为本发明中的能量转换装置在dq坐标系下的连续域数学模型；

图3为本发明中的能量转换装置的充放电控制框图。

具体实施方式

以下结合图1～图3，详细说明本发明的一个优选的实施例。

如图1所示，为本发明所提供的能量转换装置，连接在电池组和电网之间，包含：直流侧CL(电容-电感)滤波器，其与所述的电池组连接；双向AC/DC(直流/交流)变流器，其与所述的直流侧CL滤波器连接；交流侧LCL(电感-电容-电感)滤波器，其分别与所述的双向AC/DC变流器以及电网O_s连接。

所述的直流侧CL滤波器并联连接在所述的电池组的两端，包含：依次串联连接的直流滤波电阻R_dc，直流滤波电感L_dc和直流滤波电容C_dc；其中，所述的直流滤波电容C_dc的两端分别连接直流母线的正极端P和负极端N。

所述的双向AC/DC变流器为对称三相全控桥电路，包含：分别并联连接在直流滤波电容C_dc两端的三对IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，每对IGBT串联连接。

所述的交流侧LCL滤波器为对称三相滤波电路结构，每相滤波电路包含：变流器侧电感L₁，其一端连接在其中一对IGBT的中间；电网侧电感L₂，其一端与所述的变流器侧电感L₁连接，另一端与电网三相交流电压的其中一相连接；被动电阻R_d，其一端连接在变流器侧电感L₁与电网侧电感L₂的中间；交流滤波电容C，其一端与所述的被动电阻R_d的另一端连接，其另一端与其他两相滤波电路中的交流滤波电容连接，形成交流滤波电容中点O_c。

所述的双向AC/DC变流器可工作在整流状态或逆变状态。在并网充电工作模式下，双向AC/DC变流器处于整流工作状态，将电网侧交流电转换为直流电对电池充电，将能量储存到电池中。在并网放电工作模式下，双向AC/DC变流器处于逆变工作状态，将电池能量由直流电转换为交流电回馈到交流电网。

由于双向AC/DC变流器工作时会产生高频开关纹波，为了在较低开关频率下获得较好的并网电流波形，减小并网电流中的高次谐波含量，因此采用交流侧LCL滤波器对高频开关纹波电流进行滤除，以提高并网电流性能，满足相关并网标准要求。

在并网工作时，交流侧瞬时功率脉动会使直流侧产生较大的纹波电流，同时双向AC/DC变流器工作时产生的高频开关纹波会注入直流侧，因此采用直流侧CL滤波器滤除直流电流纹波，以提高电池使用寿命。另外，直流侧CL滤波电路也可以在电网电压扰动时降低直流侧电流冲击对电池造成的不良影响。

如图1所示，本发明还提供一种能量转换装置的控制方法，具体包含以下步骤：

S1、计算通过变流器侧电感L₁的电流i₁，以及计算通过电网侧电感L₂的电流i₂；

S2、计算交流滤波电容C两端的电压u_c，以及计算直流滤波电容C_dc两端的电压u_dc；

S3、计算得到并网变流器交流侧的状态方程；

S4、由于在三相三线系统中三相电压、电流并不是独立变量，难以直接控制，因此采用两相同步旋转dq坐标系进行描述，简化并网变流器交流侧的状态方程，得到并网变流器交流侧在dq坐标系下的状态方程；

S5、进行拉普拉斯变换，得到能量转换装置在dq坐标系下的连续域数学模型(如图2所示)，并通过控制器对dq轴解耦，实现对能量转换装置的控制。

所述的S1中，具体包含以下步骤：

S11、定义变量：S_a、S_b、S_c为三相桥臂开关函数，值为1代表每对IGBT中上管开通、下管关断，值为0代表每对IGBT中上管关断、下管开通；

R_dc为直流滤波电阻，L_dc为直流滤波电感，C_dc为直流滤波电容C_dc；L₁为变流器侧电感，L₂为电网侧电感，R_d为被动电阻，C为交流滤波电容；

u_a、u_b、u_c为三相桥臂输出电压；i_1a、i_1b、i_1c为逆变桥侧滤波电感电流；u_ca、u_cb、u_cc为交流滤波电容电压；i_ca、i_cb、i_cc为交流滤波电容电流；u_sa、u_sb、u_sc为电网O_s的三相电压；i_2a、i_2b、i_2c为电网侧滤波电感电流；u_dc为直流母线电压；i_dc为直流母线电流；i_bat为直流电池侧电流；O_s为电网中点，O_c为交流滤波电容中点；

S12、计算通过变流器侧电感L₁的电流i₁，具体为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_{1a}}{dt}=\frac{1}{L_1}{S}_a{u}_{dc}+\frac{1}{L_1}\[u_{ca}+R_d(i_{1a}-i_{2a})\]-\frac{1}{L_1}{U}_{OcN}\\ \frac{{\mathrm{di}}_{1b}}{dt}=\frac{1}{L_1}{S}_b{u}_{dc}-\frac{1}{L_1}\[u_{cb}+R_d(i_{1b}-i_{2b})\]-\frac{1}{L_1}{U}_{OcN}\\ \frac{{\mathrm{di}}_{1c}}{dt}=\frac{1}{L_1}{S}_c{u}_{dc}-\frac{1}{L_1}\[u_{cc}+R_d(i_{1c}-i_{2c})\]-\frac{1}{L_1}{U}_{OcN}\end{array}\right.;$

上式中，u_OcN为交流滤波电容中点O_c与直流母线的负极端N之间的电位差；

由于三相三线制满足i_1a+i_1b+i_1c＝0，i_2a+i_2b+i_2c＝0，因此将上面三个方程相加得：

$-\frac{1}{L_1}{u}_{OcN}=-\frac{u_{dc}}{3L_1}(S_a+S_b+S_c)-\frac{1}{L_1}(u_{ca}+u_{cb}+u_{cc});$

对于三相对称系统，上式简化为：

$-\frac{1}{L_1}{u}_{OcN}=-\frac{u_{dc}}{3L_1}(S_a+S_b+S_c);$

由此可得：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{1a}\\ i_{1b}\\ i_{1c}\end{array}\right]=\frac{u_{dc}}{L_1}\left[\begin{array}{ccc}\frac{2}{3}& -\frac{1}{3}& -\frac{1}{3}\\ -\frac{1}{3}& \frac{2}{3}& -\frac{1}{3}\\ -\frac{1}{3}& -\frac{1}{3}& \frac{2}{3}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{S}_a\\ S_b\\ S_c\end{array}\right]-\frac{1}{L_1}\left[\begin{array}{c}{u}_{ca}+R_d(i_{1a}-i_{2a})\\ u_{cb}+R_d(i_{1b}-i_{2b})\\ u_{cc}+R_d(i_{1c}-i_{2c})\end{array}\right];$

令：

$\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]=u_{dc}\left[\begin{array}{ccc}\frac{2}{3}& -\frac{1}{3}& -\frac{1}{3}\\ -\frac{1}{3}& \frac{2}{3}& -\frac{1}{3}\\ -\frac{1}{3}& -\frac{1}{3}& \frac{2}{3}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{S}_a\\ S_b\\ S_c\end{array}\right];$

则：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{1a}\\ i_{1b}\\ i_{1c}\end{array}\right]=\frac{1}{L_1}\left[\begin{array}{c}{u}_a-u_{ca}-R_d(i_{1a}-i_{2a})\\ u_b-u_{cb}-R_d(i_{1b}-i_{2b})\\ u_c-u_{cc}-R_d(i_{1c}-i_{2c})\end{array}\right];$

S13、计算通过电网侧电感L₂的电流i₂，具体为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_{2a}}{dt}=\frac{1}{L_2}\[u_{ca}+R_d(i_{1a}-i_{2a})\]-\frac{1}{L_2}{u}_{sa}-\frac{1}{L_2}{u}_{OsOc}\\ \frac{{\mathrm{di}}_{2b}}{dt}=\frac{1}{L_2}\[u_{cb}+R_d(i_{1b}-i_{2b})\]-\frac{1}{L_2}{u}_{sb}-\frac{1}{L_2}{u}_{OsOc}\\ \frac{{\mathrm{di}}_{2c}}{dt}=\frac{1}{L_2}\[u_{cc}+R_d(i_{1c}-i_{2c})\]-\frac{1}{L_2}{u}_{sc}-\frac{1}{L_2}{u}_{OsOc}\end{array}\right.;$

对于三相对称系统，u_OsOc＝0，上式简化为：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{2a}\\ i_{2b}\\ i_{2c}\end{array}\right]=\frac{1}{L_2}\left[\begin{array}{c}{u}_{ca}+R_d(i_{1a}-i_{2a})-u_{sa}\\ u_{cb}+R_d(i_{1b}-i_{2b})-u_{sb}\\ u_{cc}+R_d(i_{1c}-i_{2c})-u_{sc}\end{array}\right].$

所述的S2中，具体包含以下步骤：

S21、计算交流滤波电容C两端的电压u_c，具体为：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{u}_{ca}\\ u_{cb}\\ u_{cc}\end{array}\right]=\frac{1}{C}\left[\begin{array}{c}{i}_{1a}-i_{2a}\\ i_{1b}-i_{2b}\\ i_{1c}-i_{2c}\end{array}\right];$

S22、计算直流滤波电容C_dc两端的电压u_dc，具体为：

$\frac{{\mathrm{du}}_{dc}}{dt}=\frac{1}{C_{dc}}{i}_{bat}-\frac{1}{C_{dc}}(S_a{i}_{1a}+S_b{i}_{1b}+S_c{i}_{1c}).$

所述的S3中，并网变流器交流侧的状态方程为：

${\stackrel{\·}{x}}_{abc}=A_{abc}{x}_{abc}+B_{abc}{u}_{abc};$

其中，

$A_{abc}=\left[\begin{array}{ccccccccc}-\frac{R_d}{L_1}& 0& 0& -\frac{1}{L_1}& 0& 0& \frac{R_d}{L_1}& 0& 0\\ 0& -\frac{R_d}{L_1}& 0& 0& -\frac{1}{L_1}& 0& 0& \frac{R_d}{L_1}& 0\\ 0& 0& -\frac{R_d}{L_1}& 0& 0& -\frac{1}{L_1}& 0& 0& \frac{R_d}{L_1}\\ \frac{1}{C}& 0& 0& 0& 0& 0& -\frac{1}{C}& 0& 0\\ 0& \frac{1}{C}& 0& 0& 0& 0& 0& -\frac{1}{C}& 0\\ 0& 0& \frac{1}{C}& 0& 0& 0& 0& 0& -\frac{1}{C}\\ \frac{R_d}{L_2}& 0& 0& \frac{1}{L_2}& 0& 0& -\frac{R_d}{L_2}& 0& 0\\ 0& \frac{R_d}{L_2}& 0& 0& \frac{1}{L_2}& 0& 0& -\frac{R_d}{L_2}& 0\\ 0& 0& \frac{R_d}{L_2}& 0& 0& \frac{1}{L_2}& 0& 0& -\frac{R_d}{L_2}\end{array}\right];$

$x_{abc}=\left[\begin{array}{c}{i}_{1a}\\ i_{1b}\\ i_{1c}\\ u_{ca}\\ u_{cb}\\ u_{cc}\\ i_{2a}\\ i_{2b}\\ i_{2c}\end{array}\right];$

$B_{abc}=\left[\begin{array}{cccccc}1/L_1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1/L_1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1/L_1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& -1/L_2& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& -1/L_2& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& -1/L_2\end{array}\right];$

$u_{abc}=\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\\ u_{sa}\\ u_{sb}\\ u_{sc}\end{array}\right].$

所述的S4中，具体包含以下步骤：

将d轴定向于三相电网电压合成矢量，则从ABC坐标系到dq坐标系的变换矩阵为：

$T_{abc\→dq}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}sin\mathrm{\ω}t& sin(\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& sin(\mathrm{\ω}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ \cos \mathrm{\ω}t& \cos (\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ω}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right];$

从dq坐标系到ABC坐标系的变换矩阵为：

$T_{dq\→abc}=\left[\begin{array}{cc}sin\mathrm{\ω}t& \cos \mathrm{\ω}t\\ sin(\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ sin(\mathrm{\ω}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ω}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right];$

进行旋转变换，得：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\end{array}\right]=\frac{1}{L_1}\left[\begin{array}{c}{u}_{dc}{S}_d-u_{cd}-R_d(i_{1d}-i_{2d})\\ u_{dc}{S}_q-u_{cq}-R_d(i_{1q}-i_{2q})\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}0& \mathrm{\ω}\\ -\mathrm{\ω}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\end{array}\right];$

令u_d＝u_dcS_d，u_q＝u_dcS_q，上式简化为：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\end{array}\right]=\frac{1}{L_1}\left[\begin{array}{c}{u}_d-u_{cd}-R_d(i_{1d}-i_{2d})\\ u_d-u_{cq}-R_d(i_{1q}-i_{2q})\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}0& \mathrm{\ω}\\ -\mathrm{\ω}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\end{array}\right];$

进行旋转变换，得：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{2d}\\ i_{2q}\end{array}\right]=\frac{1}{L_2}\left[\begin{array}{c}{u}_{cd}+R_d(i_{1d}-i_{2d})-u_{sd}\\ u_{cq}+R_d(i_{1q}-i_{2q})-u_{sq}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}0& \mathrm{\ω}\\ -\mathrm{\ω}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{2d}\\ i_{2q}\end{array}\right];$

进行旋转变换，得：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{u}_{cd}\\ u_{cq}\end{array}\right]=\frac{1}{C}\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}-i_{2d}\\ i_{1q}-i_{2q}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}0& \mathrm{\ω}\\ -\mathrm{\ω}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{cd}\\ u_{cq}\end{array}\right];$

进行旋转变换，得：

$\frac{{\mathrm{du}}_{dc}}{dt}=\frac{1}{C_{dc}}{i}_{bat}-\frac{3}{2C_{dc}}(S_d{i}_{1d}+S_q{i}_{1q});$

得到并网变流器交流侧在dq坐标系下的状态方程为：

${\stackrel{\·}{x}}_{dq}=A_{dq}{x}_{dq}+B_{dq}{u}_{dq};$

其中，

$A_{dq}=\left[\begin{array}{cccccc}-R_d/L_1& \mathrm{\ω}& -1/L_1& 0& R_d/L_1& 0\\ -\mathrm{\ω}& -R_d/L_1& 0& -1/L_1& 0& R_d/L_1\\ 1/C& 0& 0& \mathrm{\ω}& -1/C& 0\\ 0& 1/C& -\mathrm{\ω}& 0& 0& -1/C\\ R_d/L_2& 0& 1/L_2& 0& -R_d/L_2& \mathrm{\ω}\\ 0& R_d/L_2& 0& 1/L_2& -\mathrm{\ω}& -R_d/L_2\end{array}\right];$

$x_{dq}=\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\\ u_{cd}\\ u_{cq}\\ i_{2d}\\ i_{2q}\end{array}\right];$

$B_{dq}=\left[\begin{array}{cccc}1/L_1& 0& 0& 0\\ 0& 1/L_1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& -1/L_2& 0\\ 0& 0& 0& -1/L_2\end{array}\right];$

$u_{dq}=\left[\begin{array}{c}{u}_d\\ u_q\\ u_{sd}\\ u_{sq}\end{array}\right].$

所述的S5中，可通过PI控制、重复控制、PR控制、恒频滞环控制等一种或多种相结合的控制方法，对能量转换装置进行控制。

本实施例中，提供一种交流电流单环控制方法。如图3所示，其中C(s)为交流电流环控制器，A(s)表示变流器桥臂的放大及控制器的延时，B(s)表示变流器的数学模型，F(s)表示系统的反馈控制传递函数，S_d表示d轴开关函数。

由充放电功率可计算出d轴电流指令，通过对dq坐标系下交流侧变流器的控制，从而等效实现对直流电池侧输入/输出电流i_bat的控制。在一级变换拓扑型电路中，为了减小电池侧的电流纹波，直流滤波电感通常取值较大，导致CL滤波电路阻尼很小，因此其阶跃响应有较大的超调，调节时间较长。因此，在充电和放电模式之间切换时，需要将电流指令缓减或缓加，相当于将阶跃响应变为斜坡响应，从而减少超调量和调节时间。

本发明所提供的能量转换装置及其控制方法，可实现电网侧交流电转换为直流电对电池充电，以及实现电池能量由直流电转换为交流电回馈到交流电网；采用交流侧LCL滤波器对高频开关纹波电流进行滤除，以提高并网电流性能，满足相关并网标准要求；采用直流侧CL滤波器滤除直流电流纹波，以提高电池使用寿命，并且在电网电压扰动时降低直流侧电流冲击对电池造成的不良影响。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种能量转换装置，其特征在于，连接在电池组和电网之间，包含：

直流侧CL滤波器，其与所述的电池组连接；

双向AC/DC变流器，其与所述的直流侧CL滤波器连接；

交流侧LCL滤波器，其分别与所述的双向AC/DC变流器以及电网连接。

2.如权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述的直流侧CL滤波器并联连接在所述的电池组的两端，包含：依次串联连接的直流滤波电阻，直流滤波电感和直流滤波电容；

其中，所述的直流滤波电容的两端分别连接直流母线的正极端P和负极端N。

3.如权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，所述的双向AC/DC变流器为对称三相全控桥电路，包含：分别并联连接在直流滤波电容两端的三对IGBT，每对IGBT串联连接。

4.如权利要求3所述的能量转换装置，其特征在于，所述的交流侧LCL滤波器为对称三相滤波电路结构，每相滤波电路包含：

变流器侧电感，其一端连接在其中一对IGBT的中间；

电网侧电感，其一端与所述的变流器侧电感连接，另一端与电网三相交流电压的其中一相连接；

被动电阻，其一端连接在变流器侧电感与电网侧电感的中间；

交流滤波电容，其一端与所述的被动电阻的另一端连接，其另一端与其他两相滤波电路中的交流滤波电容连接，形成交流滤波电容中点。

5.一种能量转换装置的控制方法，具体包含以下步骤：

S1、计算通过变流器侧电感L₁的电流i₁，以及计算通过电网侧电感L₂的电流i₂；

S2、计算交流滤波电容C两端的电压u_c，以及计算直流滤波电容C_dc两端的电压u_dc；

S3、计算得到并网变流器交流侧的状态方程；

S4、采用两相同步旋转dq坐标系进行描述，简化并网变流器交流侧的状态方程，得到并网变流器交流侧在dq坐标系下的状态方程；

S5、进行拉普拉斯变换，得到能量转换装置在dq坐标系下的连续域数学模型，并通过控制器对dq轴解耦，实现对能量转换装置的控制。

6.如权利要求5所述的能量转换装置的控制方法，其特征在于，所述的S1中，具体包含以下步骤：

S11、定义变量：S_a、S_b、S_c为三相桥臂开关函数，值为1代表每对IGBT中上管开通、下管关断，值为0代表每对IGBT中上管关断、下管开通；

R_dc为直流滤波电阻，L_dc为直流滤波电感，C_dc为直流滤波电容C_dc；L₁为变流器侧电感，L₂为电网侧电感，R_d为被动电阻，C为交流滤波电容；

u_a、u_b、u_c为三相桥臂输出电压；i_1a、i_1b、i_1c为逆变桥侧滤波电感电流；u_ca、u_cb、u_cc为交流滤波电容电压；i_ca、i_cb、i_cc为交流滤波电容电流；u_sa、u_sb、u_sc为电网O_s的三相电压；i_2a、i_2b、i_2c为电网侧滤波电感电流；u_dc为直流母线电压；i_dc为直流母线电流；i_bat为直流电池侧电流；O_s为电网中点，O_c为交流滤波电容中点；

S12、计算通过变流器侧电感L₁的电流i₁，具体为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_{1a}}{dt}=\frac{1}{L_1}{S}_a{u}_{dc}+\frac{1}{L_1}\[u_{ca}+R_d(i_{1a}-i_{2a})\]-\frac{1}{L_1}{U}_{OcN}\\ \frac{{\mathrm{di}}_{1b}}{dt}=\frac{1}{L_1}{S}_b{u}_{dc}-\frac{1}{L_1}\[u_{cb}+R_d(i_{1b}-i_{2b})\]-\frac{1}{L_1}{U}_{OcN}\\ \frac{{\mathrm{di}}_{1c}}{dt}=\frac{1}{L_1}{S}_c{u}_{dc}-\frac{1}{L_1}\[u_{cc}+R_d(i_{1c}-i_{2c})\]-\frac{1}{L_1}{U}_{OcN}\end{array}\right.;$

上式中，u_OcN为交流滤波电容中点O_c与直流母线的负极端N之间的电位差；

由于三相三线制满足i_1a+i_1b+i_1c＝0，i_2a+i_2b+i_2c＝0，因此将上面三个方程相加得：

$-\frac{1}{L_1}{u}_{OcN}=-\frac{u_{dc}}{3L_1}(S_a+S_b+S_c)-\frac{1}{L_1}(u_{ca}+u_{cb}+u_{cc});$

对于三相对称系统，上式简化为：

$-\frac{1}{L_1}{u}_{OcN}=-\frac{u_{dc}}{3L_1}(S_a+S_b+S_c);$

由此可得：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{1a}\\ i_{1b}\\ i_{1c}\end{array}\right]=\frac{u_{dc}}{L_1}\left[\begin{array}{ccc}\frac{2}{3}& -\frac{1}{3}& -\frac{1}{3}\\ -\frac{1}{3}& \frac{2}{3}& -\frac{1}{3}\\ -\frac{1}{3}& -\frac{1}{3}& \frac{2}{3}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{S}_a\\ S_b\\ S_c\end{array}\right]-\frac{1}{L_1}\left[\begin{array}{c}{u}_{ca}+R_d(i_{1a}-i_{2a})\\ u_{cb}+R_d(i_{1b}-i_{2b})\\ u_{cc}+R_d(i_{1c}-i_{2c})\end{array}\right];$

令：

$\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]=u_{dc}\left[\begin{array}{ccc}\frac{2}{3}& -\frac{1}{3}& -\frac{1}{3}\\ -\frac{1}{3}& \frac{2}{3}& -\frac{1}{3}\\ -\frac{1}{3}& -\frac{1}{3}& \frac{2}{3}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{S}_a\\ S_b\\ S_c\end{array}\right];$

则：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{1a}\\ i_{1b}\\ i_{1c}\end{array}\right]=\frac{1}{L_1}\left[\begin{array}{c}{u}_a-u_{ca}-R_d(i_{1a}-i_{2a})\\ u_b-u_{cb}-R_d(i_{1b}-i_{2b})\\ u_c-u_{cc}-R_d(i_{1c}-i_{2c})\end{array}\right];$

S13、计算通过电网侧电感L₂的电流i₂，具体为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_{2a}}{dt}=\frac{1}{L_2}\[u_{ca}+R_d(i_{1a}-i_{2a})\]-\frac{1}{L_2}{u}_{sa}-\frac{1}{L_2}{u}_{OsOc}\\ \frac{{\mathrm{di}}_{2b}}{dt}=\frac{1}{L_2}\[u_{cb}+R_d(i_{1b}-i_{2b})\]-\frac{1}{L_2}{u}_{sb}-\frac{1}{L_2}{u}_{OsOc}\\ \frac{{\mathrm{di}}_{2c}}{dt}=\frac{1}{L_2}\[u_{cc}+R_d(i_{1c}-i_{2c})\]-\frac{1}{L_2}{u}_{sc}-\frac{1}{L_2}{u}_{OsOc}\end{array}\right.;$

对于三相对称系统，u_OsOc＝0，上式简化为：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{2a}\\ i_{2b}\\ i_{2c}\end{array}\right]=\frac{1}{L_2}\left[\begin{array}{c}{u}_{ca}+R_d(i_{1a}-i_{2a})-u_{sa}\\ u_{cb}+R_d(i_{1b}-i_{2b})-u_{sb}\\ u_{cc}+R_d(i_{1c}-i_{2c})-u_{sc}\end{array}\right].$

7.如权利要求6所述的能量转换装置的控制方法，其特征在于，所述的S2中，具体包含以下步骤：

S21、计算交流滤波电容C两端的电压u_c，具体为：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{u}_{ca}\\ u_{cb}\\ u_{cc}\end{array}\right]=\frac{1}{C}\left[\begin{array}{c}{i}_{1a}-i_{2a}\\ i_{1b}-i_{2b}\\ i_{1c}-i_{2c}\end{array}\right];$

S22、计算直流滤波电容C_dc两端的电压u_dc，具体为：

$\frac{{\mathrm{du}}_{dc}}{dt}=\frac{1}{C_{dc}}{i}_{bat}-\frac{1}{C_{dc}}(S_a{i}_{1a}+S_b{i}_{1b}+S_c{i}_{1c}).$

8.如权利要求7所述的能量转换装置的控制方法，其特征在于，所述的S3中，并网变流器交流侧的状态方程为：

${\stackrel{\·}{x}}_{abc}=A_{abc}{x}_{abc}+B_{abc}{u}_{abc};$

其中，

$A_{abc}=\left[\begin{array}{ccccccccc}-\frac{R_d}{L_1}& 0& 0& -\frac{1}{L_1}& 0& 0& \frac{R_d}{L_1}& 0& 0\\ 0& -\frac{R_d}{L_1}& 0& 0& -\frac{1}{L_1}& 0& 0& \frac{R_d}{L_1}& 0\\ 0& 0& -\frac{R_d}{L_1}& 0& 0& -\frac{1}{L_1}& 0& 0& \frac{R_d}{L_1}\\ \frac{1}{C}& 0& 0& 0& 0& 0& -\frac{1}{C}& 0& 0\\ 0& \frac{1}{C}& 0& 0& 0& 0& 0& -\frac{1}{C}& 0\\ 0& 0& \frac{1}{C}& 0& 0& 0& 0& 0& -\frac{1}{C}\\ \frac{R_d}{L_2}& 0& 0& \frac{1}{L_2}& 0& 0& -\frac{R_d}{L_2}& 0& 0\\ 0& \frac{R_d}{L_2}& 0& 0& \frac{1}{L_2}& 0& 0& -\frac{R_d}{L_2}& 0\\ 0& 0& \frac{R_d}{L_2}& 0& 0& \frac{1}{L_2}& 0& 0& -\frac{R_d}{L_2}\end{array}\right];$

$x_{abc}=\left[\begin{array}{c}{i}_{1a}\\ i_{1b}\\ i_{1c}\\ u_{ca}\\ u_{cb}\\ u_{cc}\\ i_{2a}\\ i_{2b}\\ i_{2c}\end{array}\right];$

$B_{abc}=\left[\begin{array}{cccccc}1/L_1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1/L_1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1/L_1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& -1/L_2& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& -1/L_2& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& -1/L_2\end{array}\right];$

$u_{abc}=\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\\ u_{sa}\\ u_{sb}\\ u_{sc}\end{array}\right].$

9.如权利要求8所述的能量转换装置的控制方法，其特征在于，所述的S4中，具体包含以下步骤：

将d轴定向于三相电网电压合成矢量，则从ABC坐标系到dq坐标系的变换矩阵为：

$T_{abc\→dq}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}sin\mathrm{\ω}t& sin(\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& sin(\mathrm{\ω}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ \cos \mathrm{\ω}t& \cos (\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ω}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right];$

从dq坐标系到ABC坐标系的变换矩阵为：

$T_{dq\→abc}=\left[\begin{array}{cc}sin\mathrm{\ω}t& \cos \mathrm{\ω}t\\ sin(\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ sin(\mathrm{\ω}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\ω}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right];$

进行旋转变换，得：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\end{array}\right]=\frac{1}{L_1}\left[\begin{array}{c}{u}_{dc}{S}_d-u_{cd}-R_d(i_{1d}-i_{2d})\\ u_{dc}{S}_q-u_{cq}-R_d(i_{1q}-i_{2q})\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}0& \mathrm{\ω}\\ -\mathrm{\ω}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\end{array}\right];$

令u_d＝u_dcS_d，u_q＝u_dcS_q，上式简化为：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\end{array}\right]=\frac{1}{L_1}\left[\begin{array}{c}{u}_d-u_{cd}-R_d(i_{1d}-i_{2d})\\ u_q-u_{cq}-R_d(i_{1q}-i_{2q})\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}0& \mathrm{\ω}\\ -\mathrm{\ω}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\end{array}\right];$

进行旋转变换，得：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_{2d}\\ i_{2q}\end{array}\right]=\frac{1}{L_2}\left[\begin{array}{c}{u}_{cd}+R_d(i_{1d}-i_{2d})-u_{sd}\\ u_{cq}+R_d(i_{1q}-i_{2q})-u_{sq}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}0& \mathrm{\ω}\\ -\mathrm{\ω}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{2d}\\ i_{2q}\end{array}\right];$

进行旋转变换，得：

$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{u}_{cd}\\ u_{cq}\end{array}\right]=\frac{1}{C}\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}-i_{2d}\\ i_{1q}-i_{2q}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}0& \mathrm{\ω}\\ -\mathrm{\ω}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{cd}\\ u_{cq}\end{array}\right];$

进行旋转变换，得：

$\frac{{\mathrm{du}}_{dc}}{dt}=\frac{1}{C_{dc}}{i}_{bat}-\frac{3}{2C_{dc}}(S_d{i}_{1d}+S_q{i}_{1q});$

得到并网变流器交流侧在dq坐标系下的状态方程为：

${\stackrel{\·}{x}}_{dq}=A_{dq}{x}_{dq}+B_{dq}{u}_{dq};$

其中，

$A_{dq}=\left[\begin{array}{cccccc}-R_d/L_1& \mathrm{\ω}& -1/L_1& 0& R_d/L_1& 0\\ -\mathrm{\ω}& -R_d/L_1& 0& -1/L_1& 0& R_d/L_1\\ 1/C& 0& 0& \mathrm{\ω}& -1/C& 0\\ 0& 1/C& -\mathrm{\ω}& 0& 0& -1/C\\ R_d/L_2& 0& 1/L_2& 0& -R_d/L_2& \mathrm{\ω}\\ 0& R_d/L_2& 0& 1/L_2& -\mathrm{\ω}& -R_d/L_2\end{array}\right];$

$x_{dq}=\left[\begin{array}{c}{i}_{1d}\\ i_{1q}\\ u_{cd}\\ u_{cq}\\ i_{2d}\\ i_{2q}\end{array}\right];$

$B_{dq}=\left[\begin{array}{cccc}1/L_1& 0& 0& 0\\ 0& 1/L_1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& -1/L_2& 0\\ 0& 0& 0& -1/L_2\end{array}\right];$

$u_{dq}=\left[\begin{array}{c}{u}_d\\ u_q\\ u_{sd}\\ u_{sq}\end{array}\right].$

10.如权利要求9所述的能量转换装置的控制方法，其特征在于，所述的S5中，通过PI控制、重复控制、PR控制、恒频滞环控制等一种或多种相结合的控制方法，对能量转换装置进行控制。